具有流體流轉(zhuǎn)向器的立式渦輪機(jī)系統(tǒng)的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及立式電能發(fā)電機(jī)，主要涉及具有流體流轉(zhuǎn)向器的立式發(fā)電機(jī)。所述發(fā)電機(jī)可用在各種環(huán)境中——用在空氣或水中。
【背景技術(shù)】
[0002]當(dāng)前技術(shù)水平提供了立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)代表最典型的包括立式機(jī)架或立軸的變型，在立式機(jī)架或立軸上通過裝配方式安裝轉(zhuǎn)子，然后轉(zhuǎn)子上又設(shè)有葉片。
[0003]立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)存在的最具影響的問題之一在于僅一半轉(zhuǎn)子葉片有效工作。另一半轉(zhuǎn)子葉片在與風(fēng)向相反的方向上旋轉(zhuǎn)，并損耗轉(zhuǎn)子。因此，降低了風(fēng)力發(fā)電機(jī)的效率。
[0004]為了解決該問題，提供了以下立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)，其中運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)向相反的部分被風(fēng)轉(zhuǎn)向器覆蓋。因此，風(fēng)流僅撞擊風(fēng)力發(fā)電機(jī)的那些有效工作的葉片。
[0005]專利號(hào)為US4017204的美國(guó)專利中描述了此類解決方案，其中抵抗風(fēng)向轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子部分被覆蓋。風(fēng)流被轉(zhuǎn)向至遠(yuǎn)離渦輪機(jī)或轉(zhuǎn)向至渦輪機(jī)的葉片在風(fēng)向上旋轉(zhuǎn)的部分。
[0006]存在包括兩個(gè)渦輪機(jī)的立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)的模型，其中前述的覆蓋反向旋轉(zhuǎn)部分的方法是有效的。因此，風(fēng)轉(zhuǎn)向器位于兩個(gè)渦輪機(jī)前面，放置在其之間。專利號(hào)為4156580的美國(guó)專利以及專利申請(qǐng)?zhí)枮镴P1193084 A的日本專利申請(qǐng)中描述了這種解決方案。
[0007]此外，專利號(hào)為US7488150 B的美國(guó)專利中描述了具有成型流入通道的立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。風(fēng)力渦輪上方設(shè)置有帆狀空氣流量轉(zhuǎn)向器，其使經(jīng)過渦輪機(jī)上方的風(fēng)流轉(zhuǎn)向至渦輪機(jī)的上部。該風(fēng)流垂直于葉片的運(yùn)動(dòng)進(jìn)入，這顯著降低了被轉(zhuǎn)向的風(fēng)流的效率，或甚至將風(fēng)流完全封閉起來。
[0008]專利號(hào)為AU 2005203573 B2的澳大利亞專利描述了包括單個(gè)完全密封的立式渦輪機(jī)的立式風(fēng)力發(fā)電機(jī)。渦輪機(jī)在風(fēng)流入以及流出的部分處是打開。此外，立式渦輪機(jī)的上部設(shè)置有風(fēng)轉(zhuǎn)向器，其使空氣轉(zhuǎn)向，空氣在渦輪機(jī)上方垂直于葉片的運(yùn)動(dòng)方向流動(dòng)。由于垂直于葉片進(jìn)入的風(fēng)流會(huì)使渦輪機(jī)的運(yùn)行減慢，因此預(yù)料該風(fēng)轉(zhuǎn)向器會(huì)限制旋轉(zhuǎn)速度。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009]本發(fā)明的目的是構(gòu)建發(fā)電機(jī)或立式渦輪機(jī)系統(tǒng)，利用整個(gè)立式渦輪機(jī)以進(jìn)行有用的工作，由此構(gòu)造更有效的發(fā)電機(jī)，即效率指數(shù)更高的發(fā)電機(jī)。
[0010]該目的通過構(gòu)造立式渦輪機(jī)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，立式渦輪機(jī)系統(tǒng)包括這種作為立式渦輪機(jī)的主要元件，即用于使流體流轉(zhuǎn)向的前流體流轉(zhuǎn)向器和預(yù)期用于使渦輪機(jī)后部的流體流轉(zhuǎn)向從而形成次級(jí)流體流的后流體流轉(zhuǎn)向器。次級(jí)流體流在發(fā)電機(jī)內(nèi)的流向與主流體流相反，從而為渦輪機(jī)葉片形成附加有用功。
[0011 ] 在本發(fā)明中，風(fēng)流或水流表示為流體流。因此，應(yīng)說明，所述系統(tǒng)能夠在空氣中作為立式風(fēng)力渦輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行，或在水中作為水流渦輪機(jī)系統(tǒng)運(yùn)行。因此，所述系統(tǒng)可用在河流、海洋以及其它可觀察水流的水域。
[0012]立式渦輪機(jī)包括立軸，其上安裝有轉(zhuǎn)子，轉(zhuǎn)子上設(shè)置有葉片。葉片被構(gòu)造成能夠接收引導(dǎo)至它們的流體流。
[0013]立式渦輪機(jī)系統(tǒng)包括蓋，所述蓋安裝在渦輪機(jī)頂部，至少部分地從上方覆蓋渦輪機(jī)；此外，立式渦輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)構(gòu)建有用于使主流體流轉(zhuǎn)向的前流體流轉(zhuǎn)向器。前流體流轉(zhuǎn)向器設(shè)置在渦輪機(jī)內(nèi)，并部分地覆蓋渦輪機(jī)。此外，前流體流轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得主流體流轉(zhuǎn)向至側(cè)面，朝向渦輪機(jī)未被覆蓋的葉片和蓋上方以及渦輪機(jī)下方。此外，立式渦輪機(jī)系統(tǒng)包括后流體流轉(zhuǎn)向器，其設(shè)置在渦輪機(jī)后面，并被構(gòu)造成使得流過蓋的流體流轉(zhuǎn)向至渦輪機(jī)的后部，從而在渦輪葉片形成次級(jí)流。
[0014]此外，所述系統(tǒng)包括兩個(gè)定位成緊挨彼此的渦輪機(jī)的變型是可能的。其與具有單個(gè)渦輪機(jī)的系統(tǒng)的唯一區(qū)別在于存在兩個(gè)渦輪機(jī)。雙渦輪機(jī)系統(tǒng)在某種程度上為單渦輪機(jī)系統(tǒng)的鏡像視圖。
[0015]此外，與單渦輪機(jī)系統(tǒng)的情況相似，包括兩個(gè)緊密成對(duì)的立式渦輪機(jī)的立式渦輪機(jī)系統(tǒng)包括設(shè)置在渦輪機(jī)之上的蓋，該蓋至少部分地從上方覆蓋渦輪機(jī)。用于使主流體流轉(zhuǎn)向的前流體流轉(zhuǎn)向器設(shè)置在兩個(gè)渦輪機(jī)的前部，并部分地覆蓋該渦輪機(jī)的每一個(gè)。此外，前流體流轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得該主流體流轉(zhuǎn)向至兩側(cè)，朝向渦輪機(jī)未被覆蓋的葉片和蓋上方以及渦輪機(jī)下方。其還包括后流體流轉(zhuǎn)向器，后流體流轉(zhuǎn)向器設(shè)置在該對(duì)渦輪機(jī)后面并構(gòu)造成使得流經(jīng)蓋上方的流體流轉(zhuǎn)向至渦輪機(jī)的后部，從而在渦輪機(jī)葉片內(nèi)形成次級(jí)流體流。
[0016]此外，渦輪機(jī)的立軸可相對(duì)于水平面傾斜O(jiān)至10度，優(yōu)選傾斜O(jiān)至5度。傾斜值由從后流體流轉(zhuǎn)向器流出的次級(jí)流體流確定。建議次級(jí)流體流與渦輪機(jī)葉片的旋轉(zhuǎn)方向平行。
[0017]要傾斜的是渦輪機(jī)葉片而非渦輪機(jī)立軸的變型是可能的。在這種情況下，渦輪機(jī)軸與水平面垂直，但葉片傾斜O(jiān)至10度，優(yōu)選傾斜O(jiān)至5度。同樣地，在這種情況下，傾斜值由從后流體流轉(zhuǎn)向器流出的次級(jí)流體流確定。
[0018]用于使主流體流轉(zhuǎn)向的前流體流轉(zhuǎn)向器設(shè)置在一個(gè)或兩個(gè)渦輪機(jī)的前部，并部分地覆蓋所述風(fēng)力渦輪機(jī)的每一個(gè)。部分覆蓋包括覆蓋渦輪機(jī)軸一側(cè)的渦輪機(jī)。除此之外，表示為前部的部分為首先與撞擊其的流體流(具體而言，為主流體流)接觸的部分。此外，前轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得該主流體流轉(zhuǎn)向至側(cè)面，朝向渦輪機(jī)未被覆蓋的葉片和蓋上方以及渦輪機(jī)下方。設(shè)置在每一側(cè)的渦輪機(jī)定位成使得沿側(cè)面流動(dòng)的流體，即分布在位于每一側(cè)的葉片上的流體流相等。
[0019]此外，渦輪機(jī)系統(tǒng)的特征在于其包括設(shè)置在一個(gè)或兩個(gè)渦輪機(jī)后面的后轉(zhuǎn)向器。后轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得在一個(gè)或兩個(gè)渦輪機(jī)上方流動(dòng)的主流體流轉(zhuǎn)向至渦輪機(jī)的后部，從而在渦輪機(jī)葉片內(nèi)形成次級(jí)流體流。正是后轉(zhuǎn)向器的存在和構(gòu)造確保了風(fēng)力渦輪機(jī)充分發(fā)揮作用，如同使用了所有渦輪機(jī)葉片。
[0020]此外，在共存兩個(gè)渦輪機(jī)的情況下，后轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得主流體流轉(zhuǎn)向至渦輪機(jī)的處于兩個(gè)渦輪機(jī)的立軸之間的后部，從而在立式渦輪機(jī)系統(tǒng)內(nèi)的葉片上形成次級(jí)流體流。次級(jí)流體流基本上平行于葉片的旋轉(zhuǎn)方向流動(dòng)，與主流體流的方向相反。
[0021]后流體流轉(zhuǎn)向器包括流驅(qū)動(dòng)葉片的解決方案是可能的，流驅(qū)動(dòng)葉片有助于使進(jìn)入后流體流轉(zhuǎn)向器的流體流順暢地轉(zhuǎn)向至渦輪機(jī)后部，從而形成次級(jí)流體流。
[0022]此外，后流體流轉(zhuǎn)向器的下部包括突起，該突起在渦輪機(jī)下方延伸，至少部分地覆蓋渦輪機(jī)。所述突起在渦輪機(jī)或渦輪機(jī)軸下方延伸，或在其上方延伸，或在到達(dá)其之前終止的變型是可能的。
[0023]渦輪機(jī)上方設(shè)置有蓋，蓋至少部分地從上方覆蓋渦輪機(jī)。此外，上部蓋連接至該前流體流轉(zhuǎn)向器，并一直延伸至后流體流轉(zhuǎn)向器。因此，從前流體流轉(zhuǎn)向器被向上轉(zhuǎn)向的流經(jīng)過蓋上方流至后流體流轉(zhuǎn)向器。流經(jīng)蓋上方的流體流進(jìn)入后流體流轉(zhuǎn)向器，在此處逐漸變成次級(jí)流體流。
[0024]此外，前轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得覆蓋兩個(gè)渦輪機(jī)的立軸之間的區(qū)域，以便僅使主流體流轉(zhuǎn)向至設(shè)置在兩個(gè)風(fēng)力渦輪機(jī)的外部部分以及上方的葉片。變型之一允許前風(fēng)轉(zhuǎn)向器從渦輪機(jī)向下突起，從而覆蓋系統(tǒng)下部，該系統(tǒng)下部包括附加下側(cè)壁和下蓋。
[0025]前轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得流動(dòng)通過渦輪機(jī)的次級(jí)流體流從渦輪機(jī)，即從系統(tǒng)外部向下轉(zhuǎn)向。
[0026]就形式和構(gòu)造而言，兩個(gè)流體流轉(zhuǎn)向器被構(gòu)造成使得橫向流體流沿一側(cè)(在單渦輪機(jī)的情況下)或兩側(cè)(在兩個(gè)渦輪機(jī)的情況下)在外部邊界上流動(dòng)的可能性將與次級(jí)流體流相等。因此，流體流流動(dòng)至外部葉片上的可能性與流體流流動(dòng)至內(nèi)部葉片上的可能性相等。
【附圖說明】
[0027]附圖圖示了技術(shù)方案的實(shí)例，其中每一個(gè)附圖圖示如下:
[0028]圖1A圖示了在前視觀察的立式渦輪機(jī)系統(tǒng)，作為軸測(cè)圖；
[0029]圖1B圖示了從后視觀察的立式渦輪機(jī)系統(tǒng)，作為軸測(cè)圖；
[0030]圖2圖示了從底視觀察的立式渦輪機(jī)系統(tǒng)，其中突起12和帶有下側(cè)壁5”的下部蓋5’尤其清楚可見；
[0031]圖3圖示了立式渦輪機(jī)